6LoWPAN - 6LoWPAN

6LoWPAN ist ein Akronym für IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks . 6LoWPAN ist der Name einer abgeschlossenen Arbeitsgruppe im Internetbereich der IETF .

Das 6LoWPAN-Konzept entstand aus der Idee, dass „das Internetprotokoll auch auf kleinste Geräte angewendet werden kann und sollte“ und dass Geräte mit geringem Stromverbrauch mit begrenzten Verarbeitungskapazitäten am Internet der Dinge teilnehmen können .

Die 6LoWPAN-Gruppe hat Verkapselungs- und Header-Komprimierungsmechanismen definiert, die das Senden und Empfangen von IPv6-Paketen über IEEE 802.15.4- basierte Netzwerke ermöglichen. IPv4 und IPv6 sind die Arbeitspferde für die Datenbereitstellung für lokale Netze , Stadtnetze und Weitverkehrsnetze wie das Internet. In ähnlicher Weise bieten IEEE 802.15.4-Geräte die Fähigkeit zur Erfassung der Kommunikationsfähigkeit im drahtlosen Bereich. Die inhärenten Eigenschaften der beiden Netzwerke sind jedoch unterschiedlich.

Die von der 6LoWPAN IETF-Gruppe entwickelte Basisspezifikation ist RFC  4944 (aktualisiert von RFC  6282 mit Header-Komprimierung und von RFC  6775 mit Neighbor Discovery-Optimierungen). Das Dokument zur Problembeschreibung ist RFC  4919 . IPv6 über Bluetooth Low Energy (BLE) ist in RFC  7668 definiert .

Anwendungsbereiche

Das Ziel von IP-Netzwerken für die Funkkommunikation mit geringem Stromverbrauch sind Anwendungen, die eine drahtlose Internetverbindung mit niedrigeren Datenraten für Geräte mit sehr begrenztem Formfaktor benötigen . Ein Beispiel sind Automatisierungs- und Unterhaltungsanwendungen in Heim-, Büro- und Fabrikumgebungen. Die in RFC6282 standardisierten Header-Komprimierungsmechanismen können verwendet werden, um die Header-Komprimierung von IPv6-Paketen über solche Netzwerke bereitzustellen.

IPv6 wird auch im Smart Grid verwendet, sodass Smart Meter und andere Geräte ein Micro-Mesh-Netzwerk aufbauen können, bevor die Daten über das IPv6-Backbone an das Abrechnungssystem zurückgesendet werden. Einige dieser Netzwerke laufen über IEEE 802.15.4-Funkgeräte und verwenden daher die Header-Komprimierung und -Fragmentierung gemäß RFC6282.

Faden

Thread ist ein Versuch von über 50 Unternehmen, ein Protokoll zu standardisieren, das über 6LoWPAN läuft, um die Heimautomatisierung zu ermöglichen. Die Spezifikation ist ab dem 7. Mai 2018 kostenlos verfügbar, vorbehaltlich der Einhaltung einer EULA, die festlegt, dass eine Mitgliedschaft in der Thread-Gruppe (in den meisten Fällen kostenpflichtig) erforderlich ist, um das Protokoll zu implementieren. Es soll in der zweiten Jahreshälfte 2015 auf den Markt kommen . Das Protokoll wird am direktesten mit Z-Wave und Zigbee IP konkurrieren .

Angelegenheit

Matter , das als Projekt CHIP (Connected Home over IP) begann, ist der neueste Versuch, ein Protokoll zu standardisieren, das über 6LoWPAN läuft, um die Heimautomatisierung zu ermöglichen, indem es mit DTLS , CoAP und MQTT-SN kombiniert wird

Funktionen

Wie bei allen Link-Layer-Mappings von IP bietet RFC4944 eine Reihe von Funktionen. Abgesehen von den üblichen Unterschieden zwischen L2- und L3-Netzwerken stellt das Mapping vom IPv6-Netzwerk zum IEEE 802.15.4-Netzwerk zusätzliche Designherausforderungen (siehe RFC  4919 für eine Übersicht).

Anpassung der Paketgrößen der beiden Netze

IPv6 erfordert, dass die maximale Übertragungseinheit (MTU) mindestens 1280 Oktette beträgt . Im Gegensatz dazu IEEE 802.15.4 Standard Paketgröße beträgt 127 Bytes . Ein maximaler Frame- Overhead von 25 Oktetts spart 102 Oktette auf der Medienzugriffssteuerungsschicht. Ein optionales, aber dringend empfohlenes Sicherheitsfeature auf der Verbindungsschicht verursacht zusätzlichen Aufwand. Beispielsweise werden für AES- CCM-128 21 Oktette verbraucht, sodass nur 81 Oktette für die oberen Schichten übrig bleiben.

Adressauflösung

IPv6-Knoten werden 128-Bit- IP-Adressen auf hierarchische Weise über ein Netzwerk-Präfix beliebiger Länge zugewiesen . IEEE 802.15.4-Geräte können entweder erweiterte IEEE 64-Bit-Adressen oder, nach einem Assoziationsereignis, 16-Bit-Adressen verwenden, die innerhalb eines PAN eindeutig sind. Es gibt auch eine PAN-ID für eine Gruppe von physikalisch verbundenen IEEE 802.15.4-Geräten.

Abweichende Geräteausführungen

IEEE 802.15.4- Geräte sind im Formfaktor absichtlich eingeschränkt, um Kosten zu reduzieren (ermöglicht ein großes Netzwerk vieler Geräte), den Stromverbrauch zu reduzieren (batteriebetriebene Geräte zu ermöglichen) und eine flexible Installation zu ermöglichen (z. . Andererseits sind drahtgebundene Knoten in der IP-Domäne nicht auf diese Weise eingeschränkt; sie können größer sein und Netzstromversorgungen verwenden.

Unterschiedlicher Fokus auf Parameteroptimierung

IPv6-Knoten sind darauf ausgerichtet, hohe Geschwindigkeiten zu erreichen. Algorithmen und Protokolle, die auf den höheren Schichten implementiert sind, wie etwa der TCP-Kernel des TCP/IP, sind optimiert, um typische Netzwerkprobleme wie etwa Überlastung zu handhaben. Bei Geräten, die IEEE 802.15.4 konform sind, bleiben Energieeinsparung und Optimierung der Codegröße ganz oben auf der Tagesordnung.

Anpassungsschicht für Interoperabilität und Paketformate

Ein Anpassungsmechanismus zur Ermöglichung der Interoperabilität zwischen IPv6-Domäne und IEEE 802.15.4 kann am besten als Schichtproblem betrachtet werden. Das Identifizieren der Funktionalität dieser Schicht und das Definieren neuerer Paketformate, falls erforderlich, ist ein verlockendes Forschungsgebiet. RFC  4944 schlägt eine Anpassungsschicht vor, um die Übertragung von IPv6-Datagrammen über IEEE 802.15.4-Netzwerke zu ermöglichen.

Umgang mit Managementmechanismen

Die Verwaltung von Adressen für Geräte, die über die beiden unterschiedlichen Domänen IPv6 und IEEE 802.15.4 kommunizieren, ist umständlich, wenn nicht sogar erschöpfend komplex.

Routing-Überlegungen und Protokolle für Mesh-Topologien in 6LoWPAN

Routing per se ist ein zweistufiges Problem, das für stromsparende IP-Netzwerke in Betracht gezogen wird:

  • Mesh-Routing im Personal Area Network (PAN)-Raum.
  • Die Routingfähigkeit von Paketen zwischen der IPv6-Domäne und der PAN-Domäne.

Mehrere Routing-Protokolle wurden von der 6LoWPAN-Community vorgeschlagen, wie LOAD, DYMO-LOW, HI-LOW. Allerdings sind derzeit nur zwei Routing-Protokolle für groß angelegte Einsätze legitim: LOADng, standardisiert von der ITU unter der Empfehlung ITU-T G.9903, und RPL, standardisiert von der IETF ROLL-Arbeitsgruppe.

Geräte- und Diensterkennung

Da IP-fähige Geräte die Bildung von Ad-hoc-Netzwerken erfordern können , müssen der aktuelle Zustand benachbarter Geräte und die von diesen Geräten gehosteten Dienste bekannt sein. IPv6 Neighbor Discovery Extensions ist ein Internet-Entwurf, der als Beitrag in diesem Bereich vorgeschlagen wird.

Sicherheit

IEEE 802.15.4-Knoten können entweder im sicheren Modus oder im nicht sicheren Modus betrieben werden. In der Spezifikation sind zwei Sicherheitsmodi definiert, um unterschiedliche Sicherheitsziele zu erreichen: Access Control List (ACL) und Secure Mode

Weiterlesen

Siehe auch

  • DASH7 aktiver RFID-Standard
  • MyriaNed geringer Stromverbrauch, von der Biologie inspirierte, drahtlose Technologie
  • Z-Wave für die zuverlässige Übertragung kleiner Datenpakete mit geringer Latenz bei Datenraten von bis zu 100 kbit/s
  • Auf dem ZigBee- Standard basierendes Protokoll basierend auf IEEE 802.15.4.
  • LoRaWAN ermöglicht die Kommunikation mit niedriger Bitrate von und zu verbundenen Objekten und nimmt so am Internet der Dinge, Maschine-zu-Maschine-M2M und Smart City teil.
  • Von Nest Labs vorgeschlagener Thread- Standard (Netzwerkprotokoll) basierend auf IEEE 802.15.4 und 6LoWPAN.
  • Statische Kontext-Header-Komprimierung (SCHC)

Verweise

  1. ^ In 6LoWPAN: The Embedded Internet (Wiley, 2009) definieren Shelby und Bormann das Akronym 6LoWPAN neu als „IPv6 over lowpower wireless area networks“ und argumentieren, dass „Personal“ für die Technologie nicht mehr relevant ist.
  2. ^ "IPv6 über WPAN mit geringem Stromverbrauch (6lowpan)" . IETF . Abgerufen am 10. Mai 2016 .
  3. ^ Mulligan, Geoff, "The 6LoWPAN architecture" , EmNets '07: Proceedings of the 4th Workshop on Embedded Networked Sensors, ACM , 2007
  4. ^ Zach Shelby und Carsten Bormann, "6LoWPAN: Das drahtlose eingebettete Internet - Teil 1: Warum 6LoWPAN?" EE Times , 23. Mai 2011
  5. ^ Thread 1.1 Spezifikation
  6. ^ Themengruppe
  7. ^ Higginbotham, Stacey. „Der Podcast dieser Woche enthüllt die Geheimnisse von Thread und HomeKit“ . gigaom.com . gigaom . Abgerufen am 30. Januar 2015 .
  8. ^ Sullivan, Markus. "Nest, Samsung, ARM und andere führen das Heimautomatisierungs-Netzwerkprotokoll 'Thread' ein" . Venturebeat.com . Venture schlagen . Abgerufen am 30. Januar 2015 .
  9. ^ Kim, K.; Daniel Park, S.; Montenegro, G.; Yoo, S.; Kushalnagar, N. (Juni 2007). 6LoWPAN Ad-hoc-Distanzvektor-Routing (LOAD) auf Abruf . IETF . ID Draft-daniel-6lowpan-load-adhoc-routing-03 . Abgerufen am 10. Mai 2016 .
  10. ^ Kim, K.; Montenegro, G.; Park, S.; Chakeres, I.; Perkins, C. (Juni 2007). Dynamisches MANET On-Demand für 6LoWPAN (DYMO-low) Routing . IETF . ID Draft-montenegro-6lowpan-dymo-low-routing-03 . Abgerufen am 10. Mai 2016 .
  11. ^ Kim, K.; Yoo, S.; Daniel Park, S.; Lee, J.; Mulligan, G. (Juni 2007). Hierarchisches Routing über 6LoWPAN (HiLow) . IETF . ID Draft-daniel-6lowpan-hilow-hierarchical-routing-01 . Abgerufen am 10. Mai 2016 .
  12. ^ Clausen, T.; Colin de Verdiere, A.; Yi, J.; Niktasch, A.; Igarashi, Y.; Satoh, H.; Herberg, U.; Lavenu, C.; Lys, T.; Dean, J. (Januar 2016). Das leichte On-Demand-Ad-hoc-Distanzvektor-Routing-Protokoll - Next Generation (LOADng) . IETF . ID Draft-Klausel-lln-loadng-14 . Abgerufen am 10. Mai 2016 .
  13. ^ Winter, T.; Thubert, P.; Brandt, A.; Hui, J.; Kelsey, R.; Levis, P.; Pister, K.; Struik, R.; Vasseur, JP.; Alexander, R. (März 2012). RPL: IPv6-Routing-Protokoll für stromsparende und verlustbehaftete Netzwerke . IETF . doi : 10.17487/RFC6550 . RFC 6550 . Abgerufen am 10. Mai 2016 .
  14. ^ "Routing über stromsparende und verlustbehaftete Netzwerke (Roll)" . IETF . Abgerufen am 10. Mai 2016 .
  15. ^ Park, S.; Kim, K.; Haddad, W.; Chakrabarti, S.; Laganier, J. (März 2011). IPv6 über WPAN-Sicherheitsanalyse mit geringem Stromverbrauch . IETF . ID Draft-daniel-6lowpan-security-analysis-05 . Abgerufen am 10. Mai 2016 .

Externe Links